謝瑞祥，汪 敏，顏毅華，譚程明

(1.中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)云南天文臺(tái)，云南 昆明 650011;2.中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)，北京 100012)

日冕物質(zhì)拋射(CME)是太陽(yáng)大氣觀測(cè)中最顯著的現(xiàn)象，其發(fā)生的空間尺度很大，對(duì)行星際(IP)空間的影響很強(qiáng)，大尺度CME發(fā)生時(shí)常常伴生一些射電爆發(fā)現(xiàn)象，許多有關(guān)太陽(yáng)的現(xiàn)象都被認(rèn)為與CME有直接或間接關(guān)系，如太陽(yáng)耀斑、日珥、在日冕和行星際產(chǎn)生和傳播的激波以及地磁暴等。有關(guān)伴隨CME的現(xiàn)象可以在多種多樣的電磁輻射中觀測(cè)到，從微波到千米波的射電觀測(cè)可以跟蹤C(jī)ME從開(kāi)始到行星際傳播的過(guò)程［1－5］。

自SKYLAB、SMM衛(wèi)星和LASCO/SOHO觀測(cè)以來(lái)，CME被越來(lái)越多地研究，但直到現(xiàn)在對(duì)CME的起源和觸發(fā)機(jī)制仍是未解決的問(wèn)題。在CME產(chǎn)生和傳播過(guò)程中所伴生的射電輻射動(dòng)態(tài)頻譜類型也仍然不清楚。本文使用了Culgoora(18～1800 MHz)和國(guó)家天文臺(tái)3頻段(1.0～2.0 GHz、2.6～3.8 GHz、5.2～7.6 GHz)射電頻譜儀的觀測(cè)資料，統(tǒng)計(jì)分析了2003～2005年對(duì)應(yīng)CME的觀測(cè)資料，尤其對(duì)國(guó)家天文臺(tái)高頻率、高時(shí)間分辨率資料給予了特別關(guān)注，因?yàn)槔迕住置撞ǘ蔚纳潆娸椛淇赡芡珻ME前兆結(jié)構(gòu)的起源一起發(fā)生［6］。在本文中厘米—分米波段的射電精細(xì)結(jié)構(gòu)(FS)實(shí)際上包括了III型爆發(fā)、斑馬紋、尖峰輻射、纖維爆發(fā)等短壽命的爆發(fā)［7］。根據(jù)文 ［6，8－9］的假設(shè)，這些FS是在CME開(kāi)始時(shí)額外能量輸入到日冕的指示器，同時(shí)也指出，F(xiàn)S是與一個(gè)日冕不穩(wěn)定性同時(shí)產(chǎn)生，如小尺度的磁重聯(lián)，它最終可能觸發(fā)CME的過(guò)程。作為一個(gè)日冕活動(dòng)的預(yù)測(cè)器，這些低日冕中射電FS的輻射對(duì)太陽(yáng)高能粒子事件的觀測(cè)也是特別重要的。關(guān)于CME和射電輻射之間的關(guān)系尚不清楚，在1999～2002年時(shí)段記錄了274個(gè)CME［3］，其中只有42個(gè)CME有伴生的射電爆發(fā)，約有一半的CME事件只有頻率1000～2500 MHz范圍內(nèi)記錄到一個(gè)類型的射電爆發(fā)，其余的有二類或更多類型(如連續(xù)輻射、脈動(dòng)、FS)被記錄到。必須指出，使用有限的頻段不意味著在更寬頻段范圍中有同樣結(jié)果，本文的統(tǒng)計(jì)資料已展寬了頻率范圍(18～7200 MHz)，雖然仍未包括IP空間，但已看出激勵(lì)CME的動(dòng)因朝著高日冕傳播的趨勢(shì)。由于CME向外傳播時(shí)，已經(jīng)呈現(xiàn)的射電輻射將在一定高度上消失。但不排除CME驅(qū)動(dòng)的基波與高層日冕等離子體相互作用后，激發(fā)新的射電輻射，如長(zhǎng)壽命和微III型爆發(fā)的可能。在厘米—長(zhǎng)米波范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了伴生CME的多種類型射電輻射，包括II、III、IV型和FS的輻射，他們都是CME/耀斑經(jīng)常共生的射電爆發(fā)，這些爆發(fā)都起源于中日冕以下的等離子體輻射或回旋同步輻射，它們能跟蹤C(jī)ME和激波的傳播途徑，因此它們與CME密切相關(guān)。

1 觀測(cè)資料和統(tǒng)計(jì)

本文使用了Culgoora(18～1800 MHz)和國(guó)家天文臺(tái)3頻段(1～2 GHz、2.6～3.8 GHz、5.2～7.6 GHz)射電頻譜儀的觀測(cè)資料，分別找出了CME的開(kāi)始時(shí)間和速度以及所對(duì)應(yīng)的各波段射電爆發(fā)類型(如II、III、IV型和FS)，在76個(gè)伴生CME的射電爆發(fā)事件中有50個(gè)快速(速度大于500 km/s)CME和26個(gè)慢速(速度小于500 km/s)CME，統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)CME的射電爆發(fā)分為兩個(gè)頻段，一個(gè)是國(guó)家天文臺(tái)資料的頻率范圍 (1.0～7.2 GHz)，另一個(gè)是Culgoora頻譜儀(18～1800 MHz)范圍，比較不同波段射電爆發(fā)類型的產(chǎn)率和變化規(guī)律，尤其是找出對(duì)應(yīng)事件在厘米—米波范圍的射電FS產(chǎn)率，各參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。為直觀起見(jiàn)，還給出了2個(gè)典型事件的動(dòng)態(tài)頻譜，見(jiàn)附圖1(封二)和附圖2(封三)。

2 結(jié)果和分析

通過(guò)統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一些觀測(cè)特征，初步分析如下:

(1)在統(tǒng)計(jì)資料中，不論快速或慢速CME，它們所伴生的射電爆發(fā)形態(tài)總的變化趨勢(shì)一致，即所對(duì)應(yīng)的II和IV型爆發(fā)的壽命是隨著觀測(cè)頻率的下降而變長(zhǎng)，只是在微波段的射電爆發(fā)對(duì)應(yīng)慢速CME比對(duì)應(yīng)快速CME的壽命更短些(見(jiàn)附圖1、2和文 ［10］);

(2)快速CME事件的數(shù)目隨著太陽(yáng)活動(dòng)周的下降而減少，慢速CME事件的數(shù)目隨著太陽(yáng)活動(dòng)周的下降而增多;

(3)在統(tǒng)計(jì)的76個(gè)事件中，在分米—米波段中大部分有對(duì)應(yīng)的CME開(kāi)始前后階段的FS，其中大部分是射電III型爆發(fā)，此外，大約一半的事件中含有II或IV型爆發(fā)，而含有III型爆發(fā)的數(shù)目最多，尤其在分米—米波范圍中，在2003年幾乎每個(gè)事件中都有III型爆發(fā)(見(jiàn)表1)。

表1 CME和對(duì)應(yīng)的射電爆發(fā)頻譜特征Table 1 The CME events and spectral characteristics of their correspond radio bursts

(4)CME對(duì)應(yīng)的射電FS，在數(shù)量上是隨著太陽(yáng)活動(dòng)周的下降而有所減少，然而射電II或IV型爆發(fā)的產(chǎn)生并非隨著太陽(yáng)活動(dòng)周期產(chǎn)生明顯變化，只是在2003年期間，在厘米—分米波段II和IV型爆發(fā)的產(chǎn)率比分米—米波段的產(chǎn)率更高些。

表1中的III/FS爆發(fā)類型實(shí)質(zhì)上都是FS，尤其是厘米—分米范圍中，F(xiàn)S包含了微III型和類III型爆發(fā)、尖峰輻射、短周期脈動(dòng)、纖維爆發(fā)和斑馬紋等［7、11－12］。文 ［13］指出在小于0.5 R⊙的高度上加速電子可以注入到各種各樣的開(kāi)放和封閉磁結(jié)構(gòu)中，顯示出輻射信號(hào)種類變化的寬范圍。在本文的76個(gè)事件中，揭示了一個(gè)復(fù)雜的射電輻射，大多數(shù)事件給出了加速電子在不同時(shí)間注入到不同日冕結(jié)構(gòu)的證據(jù)。米波III型爆發(fā)是由加速電子連續(xù)注入到開(kāi)放磁流管中產(chǎn)生，而寬帶長(zhǎng)壽命米波輻射(IV型爆發(fā))也是一個(gè)重復(fù)或長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的加速電子的信號(hào)。因?yàn)槿彰嶂幸鹕潆姳l(fā)的電子加速是一個(gè)很復(fù)雜的、多重脈沖或準(zhǔn)連續(xù)的過(guò)程，所以在加速電子釋放的時(shí)間和空間上的表現(xiàn)也是很復(fù)雜的。在耀斑脈沖相及脈沖相以后的電子加速，可能主要是激波加速和太陽(yáng)日冕磁場(chǎng)重組加速，這些加速電子造成了日冕不同高度上的射電爆發(fā)［13］。

由文［14］可知，II、III和IV型爆發(fā)都是由通過(guò)日冕和行星際傳播的激波加速的非熱電子產(chǎn)生。CME常常起源于日冕的分米—米波射電爆發(fā)，當(dāng)一個(gè)中等相對(duì)論性電子流沿著開(kāi)放磁場(chǎng)線傳播時(shí)，由等離子體輻射過(guò)程產(chǎn)生了負(fù)漂移率的III型爆發(fā)，當(dāng)高能電子被磁環(huán)捕獲沿封閉磁場(chǎng)傳播時(shí)，可能產(chǎn)生正漂移率或J、U型爆發(fā)［5］。III型爆發(fā)是在大尺度磁場(chǎng)發(fā)生變化以前，在一個(gè)小尺度范圍內(nèi)初始不穩(wěn)定性的標(biāo)志，常常作為CME的前兆現(xiàn)象。分米—米波的II型爆發(fā)，最可能是起源于MHD激波波前的等離子體輻射，它們能夠跟蹤等離子體拋射和激波的傳播途徑，因此，它與CME密切相關(guān)。II和IV型爆發(fā)常常一起發(fā)生，也是與CME密切相關(guān)，它們可能是由磁環(huán)捕獲的加速電子的等離子體輻射或回旋同步輻射［15］。

3 討論

從觀測(cè)到的伴生CME的射電爆發(fā)類型看，包括了各種各樣長(zhǎng)短不一的壽命，有II、III、IV和FS，這說(shuō)明了伴隨CME的射電爆發(fā)事件磁結(jié)構(gòu)是起源于不同的空間尺度，從很小的磁結(jié)構(gòu)到很大的磁結(jié)構(gòu)［16］(如跨赤道磁結(jié)構(gòu)［5］)都可以產(chǎn)生CME和射電爆發(fā)。通過(guò)對(duì)3年來(lái)發(fā)生事件的統(tǒng)計(jì)和分析，討論如下:

(1)關(guān)于快速和慢速CME

從表1的參數(shù)可以看出，發(fā)生快速CME的數(shù)目似乎隨太陽(yáng)活動(dòng)周的下降而減少，而發(fā)生的慢速CME數(shù)目反而增加。這可能與太陽(yáng)活動(dòng)周日面黑子和磁場(chǎng)尺度、位置的分布變化有關(guān)［17］。

(2)關(guān)于產(chǎn)生CME的模型

目前被廣泛接受的CME模型是“磁崩潰”模型［18］，該模型的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)在拋射前大尺度磁場(chǎng)線的開(kāi)放，其初始條件是需要一個(gè)多重極的復(fù)雜磁場(chǎng)的重聯(lián)［5］。迄今已有一些觀測(cè)證據(jù)支持該模型。近來(lái)文［19］又提出了一個(gè)混合模型，它是具有一個(gè)先于快速爆發(fā)環(huán)頂部上的緩慢預(yù)爆發(fā)重聯(lián)，該模型指出磁崩潰最強(qiáng)的信號(hào)可能是出現(xiàn)在一個(gè)耀斑的脈沖相，并且指出在脈沖相以前可能發(fā)生正或反漂移的III型爆發(fā)，從統(tǒng)計(jì)的76個(gè)事件中，在CME的前期，微波射電觀測(cè)的脈沖相曾經(jīng)產(chǎn)生反漂移(向高頻漂移)III和J型爆發(fā)，也出現(xiàn)了大量的正常III型爆發(fā)，可能是此模型的觀測(cè)證據(jù)，因此從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，似乎是更支持這個(gè)混合模型。

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